A jövő fékezése: az elektromechanikus by-wire fék

Bár még nem terjedt el a vasúti fővonali üzemben, az elektromechanikus  fék forradalmasíthatja a vasúti járművek fékrendszerének működését.

Az innovatív megoldás új mércét állít fel a hatékonyság, a megbízhatóság és a teljesítmény terén. Ehhez pedig magyar szakemberek járulnak hozzá: a Knorr-Bremse budapesti vasúti központjában dolgozó mérnökök fejlesztik a vezérlőfunkciókat és a diagnosztikai algoritmusokat.

A mai pneumatikus vagy hidraulikus fékrendszerekkel ellentétben az elektromechanikus (EM) fékek fejlett brake-by-wire technológiát használnak a fékezési parancsok és információk, illetve a fékezési energia előállításához, továbbításához. Az alapvető rendszerek mellett ezen funkciókat és műszaki megoldásokat közvetlenül a fékollóba integrálják. A fékezési úthossz csökkenését, és azáltal a nagyobb pályakihasználtságot a jobb fékezési dinamika biztosítja a súrlódó alkatrészek alacsonyabb holtidővel történő működtetése által. Az EM-fék emellett a „levegő nélküli vonat” egyik legfontosabb eszköze, amelyben sem kompresszorokra, sem levegőtartályokra és bonyolult csövezésre nincs szükség. Mindehhez a Knorr-Bremse budapesti vasúti központjában dolgozó magyar mérnökök is hozzájárulnak: ők fejlesztik a vezérlő funkciókat és diagnosztikai algoritmusokat. Emellett a szintén a soroksári telephelyen működő vasúti Teszt Központban, laboratóriumi körülmények között végzik a teljes fékrendszer validációs tesztelését. Az elvégzett üzemi tesztek jelentős mennyiségű üzemeltetési és teljesítményadatot szolgáltatnak a fejlesztőknek.

A hagyományos pneumatikus vagy hidraulikus fékrendszerekben a fékezési parancsok és információk közvetítésére, a fékerő előállítására levegő vagy hidraulikafolyadék szolgál közvetítő közegként. Ehhez a járműbe kompresszorokból, tartályokból és csövekből álló összetett rendszert építenek be. Az elektromechanikus fékek viszont a jel és -energiatovábbítást is kizárólag elektromos technológiával valósítják meg. Ezzel a megoldással teljesíthető a megrendelők egyik fontos elvárása: csökkenthető a jármű tömege, energiafogyasztása, javul a hatékonyság, a rendelkezésre állás és a fékezési teljesítmény is. Továbbá csökkenhet a vonatok menetideje, ami egyben a vasúti infrastruktúra hatékonyabb kihasználását is jelenti.

Mégis, a pneumatikus és elektropneumatikus rendszerek elterjedtsége, kiforrottsága kihívást jelent a fejlesztés és a piaci bevezetés során. Napjaink elvárása az alacsonyabb bekerülési és életciklus-költség, amelyet a korszerű kiberbiztonsági architektúrába ágyazott, fejlett diagnosztikai képességekkel rendelkező, alacsony karbantartási igényű rendszerek fejlesztésével kell elérni. A „levegő nélküli vonat” ezen igények mindegyikére képes választ adni, az EM-fékek ugyanis az elektromos áramot energiavektorként és jelhordozóként is használják.

A Knorr-Bremse olyan architektúrát fejlesztett ki, amely egy elektronikus fékvezérlő egységből, elektromechanikus fékollóból, valamint egy beépített elektromos energiagazdálkodási rendszerből áll. A vezérlés és a visszajelzés a jármű CAN-buszán és kábelrendszerén (például a vész- és parkolófékek vezetékein) keresztül történik. A vezérlés közvetlenül a működtetőelemek szintjén valósul meg, és azonnali fékerőt képes előállítani a kerékpároknál.

Az üzemi fékben kért fékerő célértékét a járművezérlő rendszer részeként működő elektronikus vezérlőegységbe táplálják be. Az elektrodinamikus fék erejét, valamint a terheléskorrekciót és a kerékcsúszás elleni védelmet figyelembe véve számítja ki a rendszer a célfékerőt, amelyet aztán a CAN-buszon keresztül továbbít az elektromechanikus fékollónak, amely ennek nyomán kifejti a kívánt fékerőt, és a vezérlőn keresztül visszaküldi a vonatkozó diagnosztikai adatokat a járműnek. A vészfékezési parancs viszont közvetlenül a vonat összes fékollóját működteti a járművön rendelkezésre álló „vészfékhurkon” keresztül.

Az elektromechanikus fékvezérlést úgy tervezték, hogy a fékeket mind normál üzemmódban, mind pedig hiba esetén mindig teljes ellenőrzés alatt tartsa. Annak ellenére, hogy a vészfék nem rendelkezik kiegészítő mechanikus vagy hidraulikus támogatással, a rendszer megfelel a legmagasabb biztonsági követelményeknek.

A parkolófék esetében az EM-fékrendszer a vonat minden egyes fékollójához továbbítja a fékezésre vagy oldásra vonatkozó kérést. Ekkor a fékerő beállítása egymástól függetlenül történik minden fékegységen. A kívánt szint elérése után a fékerő meghatározatlan időtartamra mechanikusan rögzül, tehát az elgurulás elleni védelem biztosított az elektromos energia rendelkezésre állásától függetlenül. A szükséges elektromos energiát általában a vonat biztosítja, a fékolló működtetéséhez a bemeneti feszültséget pedig az energiagazdálkodási rendszeren keresztül juttatják el. A vonat energiaellátását az elektromechanikus fékrendszer belső elektronikája felügyeli, így az esetleges meghibásodást vagy kiesést is képes érzékelni. Utóbbi esetben a rendszer automatikusan átkapcsol a saját belső energiaellátására, miközben megfelelő diagnosztikai jelentést küld a járműnek. Az elektromechanikus fékrendszert a legszigorúbb biztonsági előírásoknak megfelelően tervezték. Képes támogatni az okosvonat-funkciókat is, mivel a fékbetétek és tárcsák kopását folyamatosan figyeli.